DE2841113C2 - Print fixing device for toner images - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Druckfixiervorrichtung für Tonerbilder gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, die in einem elektrostatischen Kopiergerät, einem elektrostatischen Druckgerät oder einem ähnlichen Bilderzeugungsgerät Anwendung findet.The invention relates to a pressure fixing device for toner images according to the preamble of claim 1, which finds application in an electrostatic copying machine, an electrostatic printing machine or a similar image forming machine.
Früher wurde bei elektrofotografischen Kopier- oder Druckgeräten zumeist das Wärmefixierverfahren verwendet. Hierbei wird ein elektrostatisch an der Oberfläche eines Trägermaterials, wie z. B. eines Papierblatts, anhaftendes Tonerbild mit Wärme geschmolzen, um das Tonerbild dauerhaft am Trägermaterial zu fixieren.In the past, electrophotographic copiers and printers mostly used the heat fixing process. In this process, a toner image that is electrostatically attached to the surface of a carrier material, such as a sheet of paper, is melted with heat in order to permanently fix the toner image to the carrier material.
Aufgrund verschiedener Nachteile dieses Fixierverfahrens, die hauptsächlich in der großen Leistungsaufnahme der erforderlichen Wärmefixierstation und in der Auswirkung der von der Fixiervorrichtung abgegebenen Wärme auf das fotoempfindliche Material und/oder den Entwickler liegen, geht man heutzutage dazu, über, das Tonerbild im Druckfixierverfahren zu fixieren. Zur Bildung des Tonerbildes wird zunächst dafür gesorgt, daß ein gesondert für dieses Verfahren hergestellter Toner am Trägermaterial haftet. Anschließend wird das Trägermaterial mit dem darauf befindlichen Tonerbild zwischen zwei Walzen hindurchgeführt, die einander unter einem hohen Druckberühren, wodurch beim Durchlaufen des Walzenspaltes das Tonerbild fixiert wird.Due to various disadvantages of this fixing process, which mainly lie in the high power consumption of the required heat fixing station and in the effect of the heat emitted by the fixing device on the photosensitive material and/or the developer, the toner image is now fixed using the pressure fixing process. To form the toner image, it is first ensured that a toner specially produced for this process adheres to the carrier material. The carrier material with the toner image on it is then passed through two rollers that touch each other under high pressure, whereby the toner image is fixed as it passes through the roller gap.
Ein typisches Beispiel für eine herkömmliche Druckfixiervorrichtung ist Gegenstand der DE-OS 23 41 530 und soll nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 näher erläutert werden. In diesen Figuren ist mit P ein Trägermaterial bzw. Bildempfangsmaterial bezeichnet, auf dem ein Tonerbild angelagert ist. Die Bildfixierung erfolgt mittels eines Walzenpaares 1 und 2, die über eine Andruckvorrichtung 3 mit hohem Druck gegeneinander gepreßt werden. Um den Anpreßdruck möglichst groß halten zu können, werden anstelle einer harten, mit der Bildfläche des Trägermaterials P in Berührung kommenden Walze und einer elastischen, mit der Rückseite des Trägermaterials in Kontakt gelangenden Walze zwei starre Metallwalzen verwendet, die zu einer Ebene senkrecht zur Durchlaufrichtung des Trägermaterials gegensinnig verschränkt sind. Mit dieser Ausführung gelingt es zwar, tonerbedingte Beschädigungen der Walzen auszuschließen und einen hohen Kontaktdruck der Walzen zu erzeugen. Es haben sich jedoch im praktischen Gebrauch dieser bekannten Druckfixiervorrichtung dennoch Nachteile gezeigt. Zur Ausübung eines ausreichend hohen Anpreßdrucks, der größer als ein für ein zufriedenstellendes Fixieren notwendiger kritischer Druck ist, müssen die Walzen einen verhältnismäßig großen Durchmesser haben. Hierdurch wird die Druckfixiervorrichtung jedoch zwangsläufig groß und schwer, zumal bei verschränkter Anordnung der beiden Walzen gleiche Walzendurchmesser gewählt werden müssen, um einen faltenfreien Durchlauf des Trägermaterials sicherzustellen, was insbesondere dann kritisch ist, wenn Trägermaterial mit großer Breite verwendet wird. Bei diesem bekannten Konzept zeigen sich aber auch nachteilige Auswirkungen auf die Fixierbarkeit des Tonerbildes. Dies wurde anhand einer Vielzahl von Versuchen herausgefunden.A typical example of a conventional pressure fixing device is the subject of DE-OS 23 41 530 and will be explained in more detail below with reference to Fig. 1 and 2. In these figures, P denotes a carrier material or image receiving material on which a toner image is deposited. The image is fixed by means of a pair of rollers 1 and 2 which are pressed against each other with high pressure via a pressure device 3. In order to be able to keep the contact pressure as high as possible, two rigid metal rollers are used instead of a hard roller which comes into contact with the image surface of the carrier material P and an elastic roller which comes into contact with the back of the carrier material, which are interlaced in opposite directions to a plane perpendicular to the direction of travel of the carrier material. This design does indeed succeed in preventing toner-related damage to the rollers and in generating a high contact pressure of the rollers. However, disadvantages have nevertheless emerged in practical use of this known pressure fixing device. In order to exert a sufficiently high contact pressure, which is greater than the critical pressure required for satisfactory fixing, the rollers must have a relatively large diameter. However, this inevitably makes the pressure fixing device large and heavy, especially since the same roller diameters must be selected when the two rollers are arranged in an interlocking arrangement in order to ensure that the carrier material passes through without creases, which is particularly critical when carrier material with a large width is used. However, this known concept also has adverse effects on the fixability of the toner image. This was discovered through a large number of tests.
Derartige Versuche, zu deren Erläuterung bereits jetzt auf die Fig. 1 und 2 Bezug genommen werden soll, haben gezeigt, daß der Gesamtdruck W&sub0;, mit dem die Walzen 1 und 2 gegeneinander gedrückt werden, grundsätzlich nicht den gewünschten Einfluß auf die Fixierbarkeit des Tonerbildes hat. Es zeigte sich, daß gemäß der herkömmlichen Methode, durch Anhebung des Gesamtdrucks W&sub0; das Fixieren des Tonerbildes zu verbessern, um verhältnismäßig viel Bauraum benötigt wird, um die im Durchmesser größeren Andruckwalzen im Gehäuse aufnehmen zu können.Such tests, for the explanation of which reference should already be made to Figs. 1 and 2, have shown that the total pressure W 0 with which the rollers 1 and 2 are pressed against each other basically does not have the desired influence on the fixability of the toner image. It was shown that according to the conventional method of improving the fixation of the toner image by increasing the total pressure W 0 , a relatively large amount of installation space is required in order to be able to accommodate the larger diameter pressure rollers in the housing.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Druckfixiervorrichtung zu schaffen, die bei kleinem Bauraum ein gleichmäßiges und effektives Aufbringen des Fixierdrucks, sowie einen faltenfreien Durchlauf des Tonerbild- Trägermaterials ermöglicht.The invention is therefore based on the object of creating a pressure fixing device which, with small The installation space enables a uniform and effective application of the fixing pressure as well as a wrinkle-free passage of the toner image carrier material.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.This problem is solved by the features of patent claim 1.
Erfindungsgemäß wird von der Erkenntnis Gebrauch gemacht, daß es zur Verbesserung des Fixiervorgangs nicht genügt, die Anpreßkraft der Walzen zu erhöhen, sondern daß der örtliche, auf die vorlegende Preßfläche bezogene Maximaldruck P&sub0; (siehe Fig. 2) ausschlaggebendes Kriterium für die Fixierungsergebnis ist. Aufgrund des weiteren Überlegung, daß für eine Konstellation mit zwei Druckwalzen, zwischen denen das Tonerbild-Trägermaterial durchläuft, der auf die Preßfläche bezogene örtliche Maximaldruck P&sub0; nur unwesentlich bzw. in verhältnismäßig geringem Umfang gesteigert werden kann, weil der Kontaktsektor α und darüberhinaus bei Anhebung des Walzenradius R&sub0; die Walzenspaltbreite größer wird, werden erfindungsgemäß die Durchmesser der ersten und der zweiten Walzen derart aneinander angepaßt, daß die Spaltbreite zwischen den das Tonerbild-Trägerbild zwischen sich einklemmenden Walzen kleiner wird. Dadurch wird der auf die Preßfläche bezogene Druck größer, wodurch im Vergleich zum bekannten Preßwerk gemäß DE-PS 23 41 530 die Möglichkeit eröffnet wird, mit größerer Effektivität den Fixiervorgang durchzuführen, indem der Toner konzentrierter auf das Tonerbild- Trägermaterial gedrückt wird. Durch das weitere erfindungsgemäße Merkmal, wonach die Achsen der ersten und der zweiten Preßwalzen gegeneinander verschränkt angeordnet sind, wird es möglich, den Druck-Fixiervorgang über die gesamte Walzenbreite zu vergleichmäßigen, wodurch die Möglichkeit eröffnet wird, die Anpreßkräfte zusätzlich zu steigern und den Fixier-Wirkungsgrad anzuheben. Schließlich wird durch die erfindungsgemäße sandwichartige Aufnahme der ersten Walze zwischen den beiden Außenwalzen mit größerem Durchmesser die Möglichkeit eröffnet, den Verschränkungswinkel zwischen den Achsen der ersten und der zweiten Walze zu verkleinern, wodurch sich der vorteilhafte Effekt ergibt, daß Faltenbildung und Verknittern des Tonerbild- Trägermaterials weitestgehend verhindert werden kann.According to the invention, use is made of the knowledge that in order to improve the fixing process it is not enough to increase the contact pressure of the rollers, but that the local maximum pressure P 0 (see Fig. 2) related to the pressing surface in question is the decisive criterion for the fixing result. Due to the further consideration that for a configuration with two pressure rollers between which the toner image carrier material passes, the local maximum pressure P 0 related to the pressing surface can only be increased insignificantly or to a relatively small extent because the contact sector α and, moreover, the roller gap width becomes larger when the roller radius R 0 is increased, according to the invention the diameters of the first and second rollers are adapted to one another in such a way that the gap width between the rollers clamping the toner image carrier image between them becomes smaller. This increases the pressure on the pressing surface, which, compared to the known pressing mechanism according to DE-PS 23 41 530, makes it possible to carry out the fixing process more effectively by pressing the toner onto the toner image carrier material in a more concentrated manner. The further feature according to the invention, according to which the axes of the first and second pressing rollers are arranged so as to be interlaced with one another, makes it possible to even out the pressure-fixing process across the entire width of the roller, which makes it possible to further increase the contact pressure and increase the fixing efficiency. Finally, the sandwich-like accommodation of the first roller between the two outer rollers with a larger diameter according to the invention makes it possible to reduce the angle of interlacing between the axes of the first and second rollers, which has the advantageous effect that the formation of folds and creases in the toner image carrier material can be largely prevented.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Mit der Weiterbildung gemäß Patentanspruch 2 gelingt es, den Druck auf das Tonerbild-Trägermaterial zusätzlich zu vergleichmäßigen und das Fixierungsergebnis zu verbessern, wobei sich mit der Weiterbildung gemäß Patentanspruch 3 symmetrischer Kraftverhältnisse ergeben. Wenn hierbei die die Mitten der drei Walzen verbindende Linie eine Gerade bildet, kann der Druck auf das Tonerbild-Trägermaterial sehr gleichförmig verteilt werden, wobei das Verbiegen der ersten Walze oder ein Herausrutschen aus ihrer vorbestimmten Lage bedingt durch den Einlaufstoß ausgeschlossen werden kann. Die mittlere Walze kann auf diese Weise im Durchmesser kleiner gehalten werden, wodurch zusätzlich Bauraum eingespart wird.Advantageous further developments are the subject of the subclaims. With the further development according to claim 2, it is possible to additionally even out the pressure on the toner image carrier material and to improve the fixing result, with the further development according to claim 3 resulting in symmetrical force ratios. If the line connecting the centers of the three rollers forms a straight line, the pressure on the toner image carrier material can be distributed very evenly, whereby the bending of the first roller or slipping out of its predetermined position due to the inlet impact can be ruled out. The middle roller can thus be kept smaller in diameter, which also saves installation space.
In der DE-OS 28 09 750 wird bereits eine Druckfixiervorrichtung für Tonerbilder gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen. Dabei sind die Achsen der das Tonerbild-Trägermaterial fördernden Walzen parallel zueinander ausgerichtet, wobei die unter dieser beiden Walzen von einer Unterstützungswalze abgestützt ist, deren Durchmesser kleiner ist als diejenige der zugeordneten Förderwalze.In DE-OS 28 09 750, a pressure fixing device for toner images according to the preamble of patent claim 1 is already proposed. The axes of the rollers conveying the toner image carrier material are aligned parallel to one another, the roller underneath these two being supported by a support roller whose diameter is smaller than that of the associated conveyor roller.
Zwar ist aus der DE-AS 26 07 271 eine Druckfixiervorrichtung bekannt, bei der die das Tonerbild-Aufzeichnungsmaterial beaufschlagenden Druckwalzen unterschiedliche Durchmesser besitzen, wobei ferner die Druckwalze mit kleinerem Durchmesser zusätzlich abgestützt wird. Im Verleich zum Erfindungsgegenstand arbeitet die aus dieser Druckschrift bekannte Druckfixiervorrichtung jedoch nach einem anderen Prinzip, wonach Schwankungen des Flächendrucks zwischen den Druckwalzen mit einer Vielzahl von Kompensationswalzen ausgeglichen werden sollen. Zu diesem Zweck sind die beiden Andruckwalzen im Unterschied zum Erfindungsgegenstand nicht gegeneinander verschränkt, so daß sich das vom Erfindungsgegenstand in vorteilhafter Weise gelöste Problem, Faltenwurf bzw. Verknittern des Tonerbild-Trägermaterials zu verhindern, bei dieser bekannten Druckfixiervorrichtung nicht stellen kann. Dem Durchmesser der Vielzahl der Kompensationswalzen wird deshalb auch keine Bedeutung beigemessen und er ist in etwa gleichdem Durchmesser der mittleren Druckwalzen.DE-AS 26 07 271 discloses a pressure fixing device in which the pressure rollers acting on the toner image recording material have different diameters, and the pressure roller with the smaller diameter is additionally supported. In comparison to the subject matter of the invention, however, the pressure fixing device known from this publication works according to a different principle, according to which fluctuations in the surface pressure between the pressure rollers are to be compensated for with a large number of compensation rollers. For this purpose, the two pressure rollers are not interlocked with one another, in contrast to the subject matter of the invention, so that the problem of preventing the toner image carrier material from creasing or wrinkling, which is advantageously solved by the subject matter of the invention, cannot arise with this known pressure fixing device. The diameter of the large number of compensation rollers is therefore not considered important and is approximately the same as the diameter of the middle pressure rollers.
Nachstehend wird anhand schematischer Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigtAn embodiment of the invention is explained in more detail below using schematic drawings. It shows
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer bekannten Druckfixiervorrichtung, beispielsweise gemäß DE-OS 23 41 530, Fig. 1 is a schematic view of a known pressure fixing device, for example according to DE-OS 23 41 530,
Fig. 2 eine Darstellung zur Erläuterung der bei einer bekannten Druckfixiervorrichtung auftretenden Druckverhältnisse, Fig. 2 is a diagram to explain the pressure conditions occurring in a known pressure fixing device,
Fig. 3 Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels der Druckfixiervorrichtung, Fig. 3 Side view of an embodiment of the pressure fixing device,
Fig. 4 eine schematisierte Draufsicht auf die Walzen, um zu zeigen, wie die drei Walzen untereinander in Berührung stehen, Fig. 4 is a schematic plan view of the rollers to show how the three rollers are in contact with each other,
Fig. 5 ein Vertikalschnitt der in Fig. 3 gezeigten Vorrichtung durch die Walzenachsen, Fig. 5 is a vertical section of the device shown in Fig. 3 through the roller axes,
Fig. 6 eine Seitenansicht der Vorrichtung, Fig. 6 is a side view of the device,
Fig. 7 in einer schematisierten Teilansicht die Verteilung des bei der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung ausgeübten Drucks, und Fig. 7 is a schematic partial view of the distribution of the pressure exerted by the device shown in Fig. 1, and
Fig. 8 in einer der Fig. 7 ähnlichen Darstellung die Verteilung des bei der in Fig. 3 gezeigten Vorrichtung ausgeübten Drucks. Fig. 8 shows, in a representation similar to Fig. 7, the distribution of the pressure exerted by the device shown in Fig. 3.
Die in der Fig. 3 gezeigte Druckfixiervorrichtung hat drei Walzen, nämlich eine erste Walze 4 und zwei Andruckwalzen, nämlich eine zweite Walze 6 und eine dritte Walze 5, die jeweils mit der ersten Walze 4 in Berührung sind. Diese Walzen sind aus einem harten Metall wie Eisen bzw. Stahl hergestellt, wobei die beiden Andruckwalzen 5 und 6 einen größeren Durchmesser als die erste Walze 4 haben. Der Durchmesser der Andruckwalze 5 kann gleich dem der anderen Andruckwalze 6 sein oder von diesem verschieden sein. Wenn jedoch diese beiden Andruckwalzen aus dem gleichen Material bestehen und gleichartig aufgebaut sind, sollten sie vorzugsweise gleichen Durchmesser haben. Wenn eine gleichmäßig verteilte Last bzw. ein gleichmäßig verteilter Druck auf ein Tonerbild-Trägermaterial S aufzubringen ist, können die beiden Andruckwalzen gleichen Durchmesser zu einem gleichen Ausmaß ausgelenkt werden. Daher können die Andruckwalzen 5 und 6 symmetrisch in bezug auf die Achse der ersten Walze 4 und in gleichförmiger Berührung mit der Oberfläche der Walze 4 angeordnet werden, während die Achse der Walze 4 gerade gehalten wird.The pressure fixing device shown in Fig. 3 has three rollers, namely a first roller 4 and two pressure rollers, namely a second roller 6 and a third roller 5 , each of which is in contact with the first roller 4. These rollers are made of a hard metal such as iron and steel, respectively, and the two pressure rollers 5 and 6 have a larger diameter than the first roller 4. The diameter of the pressure roller 5 may be the same as or different from that of the other pressure roller 6. However, if these two pressure rollers are made of the same material and have the same structure, they should preferably have the same diameter. When a uniformly distributed load or pressure is to be applied to a toner image bearing material S , the two pressure rollers of the same diameter can be deflected to an equal extent. Therefore, the pressure rollers 5 and 6 can be arranged symmetrically with respect to the axis of the first roller 4 and in uniform contact with the surface of the roller 4 while keeping the axis of the roller 4 straight.
Die Anordnung dieser drei Walzen 4, 5 und 6 und deren Lage zueinander ist in den Fig. 4 und 6 gezeigt. In bezug auf die erste Walze 4 sind die beiden Andruckwalzen 5 und 6 so angeordnet, daß die Achsen der Andruckwalzen 5 und 6 die Achse der ersten Walze 4 kreuzen und daß eine Verbindungslinie, die durch die drei Mitten der Walzen 4, 5 und 6 läuft, an irgendeinem Querschnitt der Walzen immer eine gerade Linie bildet. Dementsprechend kreuzen gemäß Fig. 4 die Achsen der beiden Andruckwalzen 5 und 6 die Achse der ersten Walze 4 unter einem Winkel von jeweils R /2, während gemäß Fig. 6 alle Mitten der drei Walzen 4, 5 und 6 auf einer geraden Linie l liegen.The arrangement of these three rollers 4, 5 and 6 and their position relative to each other is shown in Fig. 4 and 6. With respect to the first roller 4, the two pressure rollers 5 and 6 are arranged so that the axes of the Pressure rollers 5 and 6 cross the axis of the first roller 4 and that a connecting line running through the three centers of the rollers 4, 5 and 6 always forms a straight line at any cross section of the rollers. Accordingly, according to Fig. 4, the axes of the two pressure rollers 5 and 6 cross the axis of the first roller 4 at an angle of R /2 each, while according to Fig. 6 all centers of the three rollers 4, 5 and 6 lie on a straight line l .
Obgleich bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel die erste Walze 4 und die zweite Walze, d. h. die unter Andruckwalze 6, mit denen das Trägermaterial S in Berührung kommt, in direkter Berührung miteinander gezeigt sind können die erste Walze und die untere Andruckwalze zur Bildung eines Zwischenraumes in einem geringfügigen Abstand voneinander angeordnet sein, so daß sich die beiden Walzen 4 und 6 nur indirekt über das Trägermaterial S berühren können.Although in the embodiment described above the first roller 4 and the second roller, ie the lower pressure roller 6 , with which the carrier material S comes into contact, are shown in direct contact with each other, the first roller and the lower pressure roller can be arranged at a slight distance from each other to form a gap, so that the two rollers 4 and 6 can only contact each other indirectly via the carrier material S.
Wie am deutlichsten aus den Fig. 5 und 6 ersichtlich ist, ist die dritte Walze, d. h. die obere Andruckwalze 5 über Lager 5 a drehbar an einem Paar von oberen Lagerplatten 7 angebracht, während die zweite erste Walze, d. h. die untere Andruckwalze 6 über Lager 6 a drehbar an einem Paar unterer Lagerplatten 8 angebracht ist. Die erste Walze 4 ist über Lager 4 a drehbar an der unteren Lagerplatte 8 angebracht. Wie schon erläutert wurde, sind die drei Walzen so angeordnet, daß unter Andruck die drei Mitten dieser Walzen an irgendeinem beliebigen Querschnitt der Walzen immer auf ein und derselben geraden Linie liegen.As can be seen most clearly from Figs. 5 and 6, the third roller, ie the upper pressure roller 5 , is rotatably mounted on a pair of upper bearing plates 7 via bearings 5a , while the second first roller, ie the lower pressure roller 6 , is rotatably mounted on a pair of lower bearing plates 8 via bearings 6a . The first roller 4 is rotatably mounted on the lower bearing plate 8 via bearings 4a. As already explained, the three rollers are arranged so that under pressure the three centers of these rollers always lie on one and the same straight line at any cross section of the rollers.
Die vorangehend beschriebene Anordnung der drei Walzen bringt besondere Vorteile mit sich. Da die die Mitten der Walzen 4, 5 und 6 verbindende Linie eine gerade Linie bildet, kann die Last bzw. der Druck an dem Trägermaterial S gleichförmig über die Oberfläche verteilt werden. Darüber hinaus dient bei der Einlagerung der ersten Walze 4 zwischen den beiden Andruckwalzen 5 und 6 das vorstehend erläuterte Aufbaumerkmal wirkungsvoll dazu, ein Verbiegen der ersten Walze 4 oder ein Herausrutschen derselben aus ihrer Lage aufgrund eines Stoßes zu dem Zeitpunkt zu verhindern, an dem das Tonerbild-Trägermaterial S an die Walzen gelangt oder von ihnen gelöst wird.The above-described arrangement of the three rollers brings about particular advantages. Since the line connecting the centers of the rollers 4, 5 and 6 forms a straight line, the load or pressure on the carrier material S can be uniformly distributed over the surface. Moreover, when the first roller 4 is interposed between the two pressure rollers 5 and 6 , the above-described structural feature effectively serves to prevent the first roller 4 from bending or slipping out of position due to an impact at the time when the toner image carrier material S comes onto or is released from the rollers.
Um auf das Tonerbild-Trägermaterial S eine gleichmäßig verteilte Belastung bzw. einen gleichmäßig verteilten Druck fehlerfrei aufbringen, zu können, ist die an der Lagerplatte 8 angebrachte erste Walze 4 auch geringfügig in Richtung parallel zu der geraden Linie l bewegbar. Zu diesem Zweck hat gemäß der Darstellung in der Fig. 5 und 6 die untere Lagerplatte 8 eine Öffnung 9, die durch die Platte hindurch in Richtung der geraden Linie l verläuft. In der Öffnung 9 ist das Lager 4 a der ersten Walze 4 aufgenommen und innerhalb der Öffnung geringfügig in Richtung der geraden Linie l bewegbar.In order to be able to apply a uniformly distributed load or a uniformly distributed pressure to the toner image carrier material S without errors, the first roller 4 attached to the bearing plate 8 can also be moved slightly in the direction parallel to the straight line l . For this purpose, as shown in Figs. 5 and 6, the lower bearing plate 8 has an opening 9 which runs through the plate in the direction of the straight line l . The bearing 4 a of the first roller 4 is accommodated in the opening 9 and can be moved slightly in the direction of the straight line l within the opening.
Das Tonerbild-Trägermaterial S, das ein Blatt Papier mit einem darauf sitzenden bzw. haftenden Tonerbild sein kann, wird in den Walzenspalt zwischen der ersten Walze 4 und der unteren Andruckwalze 6 geführt, wobei die Tonerbildseite in Berührung mit der ersten Walze ist.The toner image carrier material S , which can be a sheet of paper with a toner image sitting or adhering thereto, is guided into the nip between the first roller 4 and the lower pressure roller 6 , with the toner image side being in contact with the first roller.
An einem Ende der Achse der unteren Andruckwalze 6 ist ein Antriebsrad bzw. Antriebszahnrad 10 (Fig. 5) angebracht, das antriebsmäßig mit einer Antriebsquelle verbunden ist. Wenn das Antriebsrad 10 mittels eines Motors angetrieben wird, dreht sich die Andruckwalze 6, so daß daher auch über die Andruckwalze 6 die Walzen 4 und 5 drehend angetrieben werden. Alternativ kann das Antriebsrad auch an einem Ende der ersten Walze 4 angebracht sein.At one end of the axis of the lower pressure roller 6 there is a drive wheel or drive gear 10 ( Fig. 5) which is connected to a drive source. When the drive wheel 10 is driven by a motor, the pressure roller 6 rotates, so that the rollers 4 and 5 are also driven in rotation via the pressure roller 6. Alternatively, the drive wheel can also be attached to one end of the first roller 4 .
Die beiden Lagerplatten 7 und 8 sind mittels einer gemeinsamen Achse 12 gelagert und um die Achse verschwenkbar. Alle freien Enden der Lagerplatten haben jeweils eine Bohrung, durch die eine Schraube 13 ragt. Um die Schraube 13 herum auf die eine Mutter 15 aufgeschraubt ist, ist eine Druckfeder in Form einer Schraubenfeder 14 angeordnet. Die Federkraft der Schraubenfeder 14 kann durch Anschrauben oder Losschrauben der Mutter 15 an der Schraube 13 eingestellt werden. Die Schraube 13, die Schraubenfeder 14 und die Mutter 15 bilden eine Andruckvorrichtung, die die Walzen miteinander in Andruckberührung bringt. Wenn mittels der Andruckvorrichtung gemäß der Darstellung in Fig. 6 die oberen und die unteren Lagerplatten 7 und 8 einander zu einer Schließstellung nähergebracht werden, werden die drei Walzen 4, 5 und 6 in Andruckberührung gebracht. In diesem Zustand wird das Antriebsrad 10 angetrieben, das die Walzen dreht, während in den Walzenspaltbereich zwischen den Walzen 4 und 6 das Tonerbild-Trägermaterial S eingeführt wird, um so das Tonerbild an dem Trägermaterial zu fixieren. Wie vorstehend beschrieben ist, ist der Berührungsdruck zwischen diesen Walzen mit Hilfe der Mutter 15 einstellbar.The two bearing plates 7 and 8 are mounted on a common axis 12 and can pivot about the axis. All free ends of the bearing plates each have a hole through which a screw 13 projects. A compression spring in the form of a coil spring 14 is arranged around the screw 13 , onto which a nut 15 is screwed. The spring force of the coil spring 14 can be adjusted by screwing or unscrewing the nut 15 on the screw 13. The screw 13 , the coil spring 14 and the nut 15 form a pressure device which brings the rollers into pressure contact with one another. When the upper and lower bearing plates 7 and 8 are brought closer to one another to a closed position by means of the pressure device as shown in Fig. 6, the three rollers 4, 5 and 6 are brought into pressure contact. In this state, the drive gear 10 is driven, which rotates the rollers, while the toner image carrier material S is introduced into the nip area between the rollers 4 and 6 so as to fix the toner image to the carrier material. As described above, the contact pressure between these rollers is adjustable by means of the nut 15 .
Nachstehend wird anhand der Fig. 7 und 8 die Funktion der Druckvorrichtung beschrieben.The function of the printing device is described below with reference to Figs. 7 and 8.
Wie vorstehend erläutert wurde, ist ein wichtiger Faktor, der die Druck-Fixierbarkeit des Tonerbilds beeinflußt, eher der örtliche auf die jeweilige Preßfläche bezogene Maximaldruck im Walzenspaltbereich als der an den Walzen ausgeübte Gesamtdruck. Zur Darstellung der Funktion der Fixiervorrichtung wurden durch Versuch und Rechnung unter Verwendung der in Fig. 3 gezeigten Fixiervorrichtung die Walzenspaltbreite und der maximale Druck im Walzenspaltbereich ermittelt. Das Ergebnis in Fig. 8 gezeigt. Zum Vergleich wurden gleichartige Versuche und Berechnungen unter Verwendung der in Fig. 1 gezeigten bekannten Fixiervorrichtung ausgeführt. Das Ergebnis ist gleichartig in Fig. 7 gezeigt. Zur Berechnung wurde die folgende Gleichung angewandt:
P max = 0,6 &udf58;w&udf56;&udf53;lu,4,,100,5,1&udf54;°KWE/R°k&udf53;lu&udf54;
in der W der Liniendruck, E der Elastizitätsmodul des Tonerbild-Trägermaterials in Längsrichtung und R der Walzenradius bedeuten.As explained above, an important factor affecting the pressure fixability of the toner image is the local maximum pressure in the nip area related to the respective pressing surface rather than the total pressure exerted on the rollers. To illustrate the function of the fixing device, the nip width and the maximum pressure in the nip area were determined by experiment and calculation using the fixing device shown in Fig. 3. The result is shown in Fig. 8. For comparison, similar experiments and calculations were carried out using the known fixing device shown in Fig. 1. The result is similarly shown in Fig. 7. The following equation was used for the calculation:
P max = 0.6 &udf58;w&udf56;&udf53;lu,4,,100.5,1&udf54;°KWE/R°k&udf53;lu&udf54;
where W is the line pressure, E is the elastic modulus of the toner image carrier material in the longitudinal direction and R is the roller radius.
Als Tonerbild-Trägermaterial S wurden bei den beiden Fixiervorrichtungen nach Fig. 1 und nach Fig. 3 Kopierpapierblätter der gleichen Art verwendet. Ferner wurden für die Versuche der gleiche Toner, Walzen aus dem gleichen harten Metall und die gleiche Kopierpapierzuführgeschwindigkeit verwendet.Copy paper sheets of the same type were used as the toner image carrier material S in the two fixing devices according to Fig. 1 and Fig. 3. Furthermore, the same toner, rollers made of the same hard metal and the same copy paper feed speed were used for the tests.
In Fig. 7 war der Radius R 1 beider Walzen 1 und 2 30 mm und der Druck W&sub1; 40 kg/cm (als Liniendruck), während die Dicke l&sub1; des Kopierpapiers vor dem Zusammendrücken 80 µm und die Dicke l&sub2; während des Zusammendrückens 30 µm waren. Unter diesen Bedingungen wurde die Walzenspaltbreite (d. h. die Breite des verformten Bereichs des zwischen die beiden Walzen geklemmten Kopierpapiers) L&sub1; zu 2,2 mm ermittelt, während der örtliche Maximaldruck P&sub1; zu 220 kg/cm² ermittelt wurde.In Fig. 7, the radius R 1 of both rollers 1 and 2 was 30 mm and the pressure W 1 was 40 kg/cm (as line pressure), while the thickness l 1 of the copy paper before compression was 80 µm and the thickness l 2 during compression was 30 µm. Under these conditions, the nip width (i.e., the width of the deformed portion of the copy paper clamped between the two rollers) L 1 was found to be 2.2 mm, while the local maximum pressure P 1 was found to be 220 kg/cm 2 .
Im Gegensatz zu den vorgenannten Bedingungen wurden im Falle der in Fig. 8 gezeigten Fixiervorrichtung die Walzenspaltbreite L&sub2; zu 1,3 mm und der örtliche Maximaldruck P&sub2; zu 270 kg/cm² ermittelt, und zwar unter folgenden Bedingungen: Radius R&sub2; der erste Walze 4 = 10 mm, Radius R&sub3; einer jeden der Andruckwalzen 5 und 6 = 20 mm, Liniendruck W&sub2; = 20 kg/cm und Dicke des Kopierpapiers während des Zusammendrückens l&sub3; = 30 µm.In contrast to the above conditions, in the case of the fixing device shown in Fig. 8 the nip width L 2 was found to be 1.3 mm and the local maximum pressure P 2 was found to be 270 kg/cm² under the following conditions: radius R 2 of the first roller 4 = 10 mm, radius R 3 of each of the pressure rollers 5 and 6 = 20 mm, line pressure W 2 = 20 kg/cm and thickness of the copy paper during compression l 3 = 30 µm.
Aus den vorstehenden Ergebnissen ist ersichtlich, daß im Vergleich zu der herkömmlichen Fixiervorrichtung die erfindungsgemäße Fixiervorrichtung das Ausüben eines größeren Drucks auf das Trägermaterial mit einem kleineren Gesamtdruck ermöglicht, so daß daher mit der erfindungsgemäßen Fixiervorrichtung eine bessere Fixierbarkeit erzielbar ist.From the above results, it can be seen that, compared with the conventional fixing device, the fixing device according to the invention enables a larger pressure to be applied to the carrier material with a smaller total pressure, so that, therefore, a better fixability can be achieved with the fixing device according to the invention.
Bei den vorstehend beschriebenen Versuchen wurde ferner ermittelt, daß bei Messung unmittelbar nach dem Druck-Fixieren mit der bekannten Vorrichtung die Dicke des Kopierpapiers auf 60 µm verringert war, wogegen die Dicke des Kopierpapiers nach Durchlaufen der erfindungsgemäßen Fixiervorrichtung 65 µm war. Dieser Unterschied ist dem Unterschied der Walzenspaltbreite zuzuschreiben. Gemäß der vorstehenden Erläuterung war die Walzenspaltbreite bei der erfindungsgemäßen Fixiervorrichtung 1,3 mm, wogegen sie bei der bekannten Fixiervorrichtung 2,2 mm war. Demnach ist die Walzenspaltbreite bei der erstgenannten Vorrichtung gegenüber derjenigen bei der letztgenannten Vorrichtung um 40% geringer. Bei der gleichen Transportgeschwindigkeit des Kopierpapiers ist daher bei der erfindungsgemäßen Fixiervorrichtung die Zeitdauer verkürzt, während der auf das Kopierpapier Druck ausgeübt wird. Dies dient wiederum zu Verringern der Änderungen der Qualität des Kopierpapiers, die gewöhnlich durch hohen Druck während des Druck-Fixierens verursacht werden, wie eine Verringerung bzw. ein Verlust der Elastizität von Fasern und ein Zusammenhaften der Fasern in dem Papier. Auf diese Weise behält bei Druck-Fixierung mittels der erfindungsgemäßen Fixiervorrichtung das Kopierpapier nach dem Fixieren seine Elastizität, sein gutes Oberflächenaussehen und seine Weicheit. Im Gegensatz zum herkömmlichen Druck-Fixieren wird das Kopierpapier niemals glänzend oder durchscheinend bzw. durchsichtig, so daß daher das an dem Kopierpapier fixierte Bild gut sichtbar ist.In the experiments described above, it was also found that when measured immediately after pressure-fixing with the conventional device, the thickness of the copy paper was reduced to 60 µm, whereas the thickness of the copy paper after passing through the fixing device according to the invention was 65 µm. This difference is attributable to the difference in the nip width. As explained above, the nip width in the fixing device according to the invention was 1.3 mm, whereas it was 2.2 mm in the conventional fixing device. Accordingly, the nip width in the former device is 40% smaller than that in the latter device. Therefore, with the same transport speed of the copy paper, the time during which pressure is exerted on the copy paper is shortened in the fixing device according to the invention. This in turn serves to reduce the changes in the quality of the copy paper which are usually caused by high pressure during pressure-fixing, such as reduction or loss of elasticity of fibers and adhesion of the fibers in the paper. In this way, when pressure-fixed by means of the fixing device of the present invention, the copy paper after fixing retains its elasticity, good surface appearance and softness. Unlike conventional pressure-fixing, the copy paper never becomes glossy or translucent or transparent, and therefore the image fixed to the copy paper is clearly visible.
Die vorstehend beschriebene Druck-Fixiervorrichtung hat somit mehrere Vorteile: Die Verwendung der zwischen die beiden Andruckwalzen eingelegten ersten Walze, die einen kleineren Durchmesser als die Andruckwalzen hat, ergibt einen höheren örtlichen, auf die Preßfläche bezogenen Maximaldruck und dient damit dazu, einen größeren Druck bzw. eine größere Last auf ein Tonerbild-Trägermaterial aufzubringen. Da ein höherer örtlicher Maximaldruck erzeugt werden kann, können dementsprechend die Ausmaße einer jeden der Walzen verringert werden. Wie folglich der auf eine jede der Walzen ausgeübte Gesamtdruck einen geringeren Wert haben kann, können entsprechend die Ausmaße des Andruckmechanismus verringert werden. Die erfindungsgemäße Fixiervorrichtung ist daher klein und leicht. Im Vergleich zu der herkömmlichen Vorrichtung ist erfindungsgemäß eine Gewichtsverringerung um 40% erreichbar.The pressure-fixing device described above thus has several advantages: The use of the first roller inserted between the two pressure rollers, which has a smaller diameter than the pressure rollers, results in a higher local maximum pressure relative to the pressing surface and thus serves to apply a larger pressure or load to a toner image carrier material. Since a higher local maximum pressure can be generated, the dimensions of each of the rollers can be reduced accordingly. As a result, as the total pressure exerted on each of the rollers can have a smaller value, the dimensions of the pressure mechanism can be reduced accordingly. The fixing device according to the invention is therefore small and light. In comparison with the conventional device, a weight reduction of 40% is achievable according to the invention.
Claims (6)
b) einer zweiten und einer dritten Walze, die jeweils in Abwälzkontakt mit der ersten Walze stehen, wobei
c) die erste Walze zwischen der zweiten und der dritten Walze angeordnet ist,
d) einer Andruckvorrichtung, um die zweite und die dritte Walze mit der ersten Walze unter Preßkontakt zu setzen, wobei
e) das Tonerbild-Trägermaterial zwischen der ersten und der zweiten Walze hindurchläuft,
dadurch gekennzeichnet, daß
f) der jeweilige Durchmesser (2R&sub3;) der zweiten (6) und der dritten Walze (5) größer als der Durchmesser (2R&sub2;) der ersten Walze (4) ist, und
g) die zweite Walze (6) bezüglich der ersten Walze (4) um einen vorbestimmten Winkel (R/2) verschränkt angeordnet ist.
1. Print fixing device for toner images, with
b) a second and a third roller, each in rolling contact with the first roller, wherein
c) the first roller is arranged between the second and the third roller,
d) a pressure device for placing the second and third rollers in pressing contact with the first roller, wherein
e) the toner image carrier material passes between the first and second rollers,
characterized in that
f) the respective diameter (2 R 3 ) of the second ( 6 ) and the third roller ( 5 ) is larger than the diameter (2 R 2 ) of the first roller ( 4 ), and
g) the second roller ( 6 ) is arranged offset by a predetermined angle ( R /2) with respect to the first roller ( 4 ).
2. Pressure fixing device according to claim 1, characterized in that
3. Pressure fixing device according to claim 2, characterized in that
4. Pressure fixing device according to one of claims 1 to 3, characterized in that
5. Pressure fixing device according to one of claims 1 to 4, characterized in that
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